Interaktiivinen eksoskeleton robotti kävelyyn

Aivohalvaus johtuu kallonsisäisestä verenvuodosta tai tromboosista, joka katkaisee valtimoiden saannin aivokudoksiin ja yleensä vahingoittaa keskushermoston motoriikkaa, joka vaikuttaa kehon toiseen puoleen. Vähentynyt laskeutuva hermosto sairastuneelle puolelle voi johtaa hemiplegiaan, joka vaikuttaa merkittävästi aivohalvauksesta selviytyneiden päivittäiseen elämään (ADL) (Singam, Ytterberg, Tham & von Koch, 2015). Vaikka yläraajan motorinen vajaatoiminta voitaisiin kompensoida käyttämällä vastakkaista puolta esineiden poimimiseen tai käsittelemiseen, alaraajan motorisen toiminnan menetys rajoittaisi olennaisesti liikkuvuutta ja kehon tasapainoa. Monet aivohalvauksesta selviytyneet ovat riippuvaisia ​​kävelyapuvälineistä tai hoitajien manuaalisesta tuesta seisomaan ja kävelemään, muuten heillä olisi suuri riski kaatua vakavin seurauksin (Tasseel-Ponche, Yelnik & Bonan, 2015).

Viimeaikaiset tutkimukset viittaavat siihen, että aivohalvauspotilaat voisivat oppia kävelykykynsä uudelleen kehittämällä vaihtoehtoisia hermopiirejä pitkäaikaisen sopeutumisprosessin kautta, joka tunnetaan nimellä neuroplastisuus. Voimakas, toistuva ja tehtäväkohtainen kävelyharjoittelu on avainasemassa hemiplegisen aivohalvauksen saaneiden potilaiden kävelyn palautumisen parantamisessa (Kreisei, Hennerici & Bäzner, 2007; Kleim & Jones, 2008). Robottiavusteisten alaraajojen eksoskeletonlaitteiden kehittämisellä on suuri kliininen potentiaali aivohalvauksen kuntoutuksessa. Monet alaraajojen eksoskeletonrobotit ovat kliinisesti saatavilla ei-ambulatorisille aivohalvauspotilaille, jotka voivat harjoitella kävelyä passiivisen avun avulla kehon painolla tuetussa juoksumattoharjoittelussa (BWSTT) (Morone et al., 2017).

Nykyiset robottiavusteiset kävelyharjoittelut (RAGT), kuten Lokomat ja sähkömekaaninen Gait Trainer, tarjoavat automaattista, rytmistä ja toistuvaa tehostettua apua lonkan ja polvien tärkeimmille alaraajojen nivelille molemmin puolin (Poli, Morone, Rosati & Masiero, 2013). Laajamittaiset satunnaistetut kontrolloidut tutkimukset (RCT) näistä RAGT:istä yhdessä tavanomaisten hoitojen kanssa osoittavat, että kroonista aivohalvausta sairastavilla potilailla on huomattavasti enemmän toiminnallista kävelyriippumattomuutta ja ADL:ää kuin tavanomaisia ​​hoitoja yksinään saaneilla (Pohl, et al., 2007; Schwartz, et al., 2009). Hidler, et ai., 2009; Mehrholz, et ai., 2013). Hesse, Schmidt, Werner & Bardeleben (2003) kuitenkin ehdottavat, että robottien integroiminen kävelykuntoutukseen voisi olla vain apuväline terapeuteille harjoituksen intensiteetin ja turvallisuuden lisäämiseksi lisäämättä heidän työtaakkaa. Suurin osa kliinisesti saatavilla olevista RAGT-laitteista rajoittuu juoksumattoon passiivisen avun avulla (van Peppen, et al., 2004; Morone, et al., 2017), mutta tutkimukset osoittavat, että tehtävävaihtelut ja aktiivinen osallistuminen kävelyharjoitteluun voisivat parantaa vastaoppitun pysymistä. taitoja ja voisi edistää harjoitusvaikutusten yleistämistä (Salbach, et al., 2004; Kwon, Woo, Lee & Kim, 2015). Kannettava RAGT, joka mahdollistaa aktiivisen maanpäällisen kävelyharjoittelun, olisi lupaavampi erityisesti ambulatorisille aivohalvauspotilaille.

Robottiavusteinen nilkkajalkaortoosi (AFO) ja polvituki ovat hyviä kandidaatteja kannettaville eksoskeleton laitteille hemiplegisen aivohalvauksen potilaiden RAGT:ssä (Duerinck, et al., 2012; Zhang, Davies & Xie, 2013; Mehrholz, et al., 2017) . Perinteinen AFO on suunniteltu pääasiassa jalkapoikkeavuuksien hoitoon nilkan dorsiflexion passiivisella tuella jalan välyksen heilahdusvaiheessa ja iskunvaimennusta kuormitusvasteessa. Perinteinen polvituki on suunniteltu pääasiassa kehon tukemiseen seisontavaiheessa. Robottiavun integrointi sairaaseen nilkkaan ja/tai polviniveleen voisi tarjota aktiivista tehoapua, joka synkronoituu potilaiden vapaaehtoiseen jäännösnilkan ja/tai polven liikkeeseen. Pitkäaikainen aktiivinen tehoapu voi stimuloida kokemusperäistä kävelyn palautumista tai kehittää kompensoivaa kävelymallia helpottamaan kävelyä (Kleim & Jones, 2008).

Robottikuntoutustutkimuksen muuntamiseksi kliiniseksi sovellukseksi on suoritettava näyttöön perustuvaa kliinistä tutkimusta uusien laitteiden tai interventioiden turvallisuuden ja tehokkuuden testaamiseksi aivohalvauspotilailla (Backus, Winchester & Tefertiller, 2010). Eri tutkimusryhmät ovat ehdottaneet monia robottiavusteisia AFO- ja polvitukimalleja, mutta useimmat raportoivat vain toteutettavuustestien tulokset, pääasiassa terveillä koehenkilöillä, joiden otoskoko oli pieni (Dollar & Herr, 2008; Shorter et al. , 2013; Alam, Choudhury & Bin Mamat, 2014). Suurin osa aiemmista tutkimuksista koski robottiavusteisten AFO- ja polvitukien käytön välittömiä vaikutuksia kävelyn aikana, mutta harvat tutkimukset tutkivat aivohalvauspotilaiden RAGT-laitteiden käytön pitkäaikaisia ​​terapeuttisia vaikutuksia (Lo, 2012). Erityisesti Mehrholzin et ai. (2017) osoittaa, että vain yksi RCT on arvioinut nilkkaharjoittelun tehokkuutta robottiavusteisella AFO:lla, mutta istuma-asennossa, yksikään RCT ei arvioinut kävelyharjoittelua robottiavusteisella AFO:lla sekä maan päällä kävellessä että portaissa.

Tässä tutkimuksessa Exoskeleton Ankle Robot ja Knee Robot on ehdotettu ja arvioitu robottiavusteisena AFO- ja polvituenna aivohalvauspotilaiden kävelyharjoitteluun, joilla on jalkapoikkeavuus. Robottiavusteisen AFO:n ja polvitueen kliinisen soveltamisen aivohalvauspotilailla on voitettava joitakin tärkeitä haasteita, kuten vähentää jalan painokuormitusta sekä saavuttaa kannettavuus ja mukautuvuus erilaisiin kävelyympäristöihin. Exoskeleton Ankle Robot and Knee Brace pyrkii: (1) tarjoamaan synkronoitua aktiivista nilkka- ja/tai polvivoimaa helpottamaan kävelyä, (2) kehittämään tarkan ja luotettavan menetelmän käyttäjän kävelyaikeiden luokitteluun maan päällä kävellessä ja portaissa liikkumisessa, (3) tarjota koulutusprotokolla RAGT:lle aivohalvauspotilaille, joilla on jalkapoikkeavuus. Exoskeleton Ankle Robotin ja Knee Bracen toteutettavuustestit ja RCT voisivat vahvistaa tämän uuden kuntoutusrobotin kliinisen arvon ja mahdollisesti luoda uuden toimenpiteen aivohalvauspotilaiden kävelykuntoutukseen.